根际微生物被看作植物的第二基因组，对植物的生长和健康发挥着重要的作用，根际促生菌（PGPR）由于具有根系促生、土传病原菌拮抗和根际定殖能力强等特性，是微生物肥料的主要生产菌种，在农业绿色发展中意义重大。
根际环境由于营养丰富，微生物数量众多，微生物之间竞争异常激烈，是微生物之间“厮杀”的“主战场”。根际系统虽然尺度很小，只是植物根表周围毫米范围内的区域，但是由于地球表面植物数量庞大、根系发达，根际系统在陆地生态系统中意义重大。在根际竞争中独占鳌头的PGPR菌株进化出了很多机制维持其竞争优势。比如，占微生物肥料生产菌种绝对优势的根际促生芽孢杆菌，超过10%的基因组用来编码合成脂肽和聚酮类抗生素分别用以拮抗真菌和细菌。
近日，环境微生物领域的着名期刊Environmental Microbiology正式刊出了南京农业大学资源与环境科学学院张瑞福课题组的最新研究成果，“A genomic island in a plant beneficial rhizobacterium encodes novel antimicrobial fatty acids and a self-protection shield to enhance its competition”。
该研究发现PGPR菌株通过基因水平转移获得独特基因岛合成新型结构抗菌物质用以对抗同种微生物（种内竞争），并同时获得对该活性物质的自我免疫基因（定位在同一基因岛上）保护自身免受伤误伤，深入揭示了PGPR菌株在根际维持超级竞争优势的新机制。
PGPR菌株解淀粉芽孢杆菌SQR9通过次级代谢合成众多脂肽和聚酮类抗生素拮抗土传病原真菌和细菌。该研究通过“Genome mining”在SQR9基因组中发现一个独特的基因岛，该基因岛当时未在其他任何微生物基因组中发现同源性，比较基因组分析发现很多解淀粉芽孢杆菌基因组在该位点均有基因岛存在，显示该位点是外源基因插入“热点”，但是菌株SQR9中该位点插入的基因岛与众不同。
分析发现该基因岛具有聚酮-脂肪酸合酶杂合系统（PKS-FA）结构，可能合成一种新型结构的活性物质，通过基因敲除和活性物质纯化鉴定，证明该基因岛合成碳链相差两个碳的一系列新型结构的脂肪酸类物质，命名为Bacillunoic acids（已申请专利），并阐释了其合成的分子途径。该物质对菌株SQR9的同源种（解淀粉芽孢杆菌）具有很强的拮抗活性，是菌株SQR9用于种内竞争的主要“武器”。
有趣的是，该基因岛中一个ABC Transporter负责将菌株SQR9胞内的Bacillunoic acids泵出，避免SQR9自身受到伤害，该ABC Transporter基因敲除突变体也会沦为SQR9野生型的受害者，ABC Transporter基因的表达必须由Bacillunoic acids诱导启动（这预示该活性物质和免疫系统在菌株SQR9群体调控中具有一定的作用）。
该研究进一步揭示了PGPR菌株根际竞争优势的分子机制，同时也说明根际微生物是探寻新型抗菌活性物质来源的重要目标。实验室近期的研究也进一步发现该活性物质及其诱导表达的自我免疫基因在调控SQR9生物膜形成过程群体的自噬（Cannibalism）作用及惩罚群体中不产生“公共物质（Public goods）”的“欺骗者（Cheater）”中发挥着重要的作用，具体的分子机制还在进一步研究中。
本研究由国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目的资助，南京农业大学资源与环境科学学院王丹丹博士和徐志辉副教授为该论文共同第一作者，张瑞福教授为通讯作者。
论文链接：
https://onlinelibrary_wiley.gg363.site/doi/abs/10.1111/1462-2920.14683
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